水生动物机器人的研究现状与进展

生物机器人是人类通过控制技术施加干预信号调控生物行为,从而实现人类可操控的生物,是融合多学科和多专业理论与技术的产物。由于水生动物具有运动灵活、活动隐蔽、适应环境、自主供能等突出的优势特性,而成为水生动物机器人的研发对象,更具科学研究意义与实际应用价值。根据神经科学理论和国际常用的生物控制方法,介绍刺激感受器、刺激神经中枢和刺激效应器等3种类型的水生动物机器人,综述其控制方法及机制,阐述其中的控脑技术,并就发展趋势进行展望。

面向鲤鱼机器人控脑技术的磁共振坐标转换方法研究及应用

为解决鲤鱼脑组织坐标准确定位问题,本文提出一种将鲤鱼脑组织磁共振成像坐标转换为应用脑立体定位仪进行电极植入所需坐标的方法。本研究应用3.0T磁共振成像仪对鲤鱼颅脑成像,自主建立颅脑三维立体定位坐标系、颅骨表面辅助三维坐标系和脑组织内部辅助三维坐标系,经两次坐标转换,将脑电极植入位点磁共振图像坐标转换到三维立体定位坐标系中以引导电极植入。实验分A、B两组,A组为磁共振成像仪结合脑立体定位仪组,B组为脑图谱结合脑立体定位仪组,每组鲤鱼20尾(n=20),分别应用两种方法将电极植入小脑运动区。进行鲤鱼机器人水下实验检验,结果表明A组和B组植入电极准确度分别为90%和60%,A组成功率明显高于B组(P <0.05)。故本文的新方法能够准确定位鲤鱼脑组织的坐标。

一种用于鲤鱼机器人的光刺激装置及光控实验方法

为解决水生动物机器人因植入脑电极而产生的脑组织损伤、出血、感染和水肿等问题,本文提出了一种用于鲤鱼机器人的光刺激装置及光控实验方法。该装置是根据鲤鱼颅骨形状用万能板切割而成"王"字型结构,可为光刺激源提供A、B、C三组搭载桥平台,每组搭载桥两端各焊接一个跳线板,将发光二极管(LED)作为光刺激源插入跳线板中,将跳线板所有负极通过导线连接到控制台,LED灯根据波长需要可以更换,还可选择多种组合光刺激方式。将该装置搭载于鲤鱼头部,将鲤鱼机器人置于水迷宫中,观察应用光控方法在暗光下控制鲤鱼机器人(n=10)前进及转向等运动。结果显示,三组红光光控实验成功率在53%~87%,三组蓝光光控实验成功率在50%~80%。研究表明该装置与方法具有可行性。